世界人居

相反相成:基于數(shù)字技術(shù)的城市道路海綿系統(tǒng)實(shí)踐

——以南京天保街生態(tài)路為例

Beijing Opposite And Complementary : urban Road Sponge System Practice 

Based On Digital Technology

——taking nanjing tianbao street ecological road as the example

成玉寧 謝明坤

東南大學(xué)建筑學(xué)院 (南京 210096)

摘要:聚焦城市道路水環(huán)境旱澇問題及其產(chǎn)生機(jī)制,探討了系統(tǒng)解決城市道路水環(huán)境問題的策略及設(shè)計(jì)途徑,提出基于多目標(biāo)優(yōu)化的城市道路海綿系統(tǒng)構(gòu)建及績(jī)效量化研究方法,結(jié)合南京天保街生態(tài)路系統(tǒng)實(shí)踐以及3年來基于物聯(lián)傳感技術(shù)獲取的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),從地表徑流控制、雨水利用、生境優(yōu)化、經(jīng)濟(jì)效益4個(gè)方面綜合定量分析研究。實(shí)踐證明本系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、綜合績(jī)效優(yōu)異,對(duì)于海綿城市建設(shè)大有可為。

Abstract: The study focused on the problems of drought and waterlogging of urban road water environment and their generation mechanism,discussed the strategy and approach to systematically solve the problems systematically of urban road water environment,and based on multi - objective optimization, it put forward the research method of the construction of urban road sponge system and the quantification of performance. Based on the practice of Nanjing Tianbao Street ecological road system and the monitoring data of sponge performance supported by the internet of things (IoT)sensing technology of the last three years, the sponge performance was analyzed and evaluation from four aspects: surface runoff control, rainwater arvesting and resource utilization, system habitat optimization,and economic benefit.The practice has proved that the system is running 

stable, and comprehensive performance is excellent.

關(guān)鍵詞：風(fēng)景園林;旱澇問題;城市道路;海綿系統(tǒng);海綿績(jī)效;數(shù)字技術(shù)

Key Words: landscape architecture;drought and waterlogging problems; urban road; sponge system ; sponge performance; 

digital technology

1、旱澇問題凸顯的城市道路水環(huán)境

城市化過程中下墊面的改變帶來了水環(huán)境的變化。道路作為城市建成區(qū)下墊面的重要組成部分(《城市道路交通規(guī)劃設(shè)計(jì)規(guī)范》中規(guī)定200萬以上大城市城市道路占城市建設(shè)用地比例宜為15-20%[1]),由于其高不透水性、產(chǎn)、匯流速度快,常成為城市內(nèi)澇發(fā)生高風(fēng)險(xiǎn)區(qū),嚴(yán)重影響市民生活與安全。國(guó)內(nèi)外暴雨洪災(zāi)中,城市道路往往首當(dāng)其沖成為最危險(xiǎn)的地段,如在2012年北京7·21特大暴雨中造成77人死亡,其中就有11人在道路上溺亡[2]。以往,為應(yīng)對(duì)城市道路內(nèi)澇主要依靠城市市政排水管網(wǎng)為主的灰色基礎(chǔ)設(shè)施,處理路面徑流采取快速集中、快速排放的方式,即通過道路橫坡將地表徑流引導(dǎo)匯入道路兩側(cè)雨水口,然后再通過雨水口排入市政雨水管網(wǎng)。傳統(tǒng)雨水“快排”方式不僅存在建設(shè)成本高、雨水資源被大量浪費(fèi)等局限,且極大增加了城市排水壓力。

另一方面,由于不透水下墊面的阻隔以及傳統(tǒng)排水設(shè)計(jì)模式,城市道路雨水資源被迅速集中于管網(wǎng)排出,相對(duì)于城市其他區(qū)域,城市道路綠地缺水問題顯得尤為突出。為確保城市道路綠地植物的正常生長(zhǎng),每年需消耗大量淡水資源。以南京市為例,2015年南京市建成區(qū)面積為713km2,道路占建成區(qū)比例約為15-17%,即106-121km2,而其中城市道路綠地約占道路用地的30%(依據(jù)《城市道路綠化規(guī)劃與設(shè)計(jì)規(guī)范》),即32-36 km2,以每平米綠地每年綠化灌溉用水2t計(jì)算,除去自然降雨量,每年南京市僅城市道路綠化灌溉用水就需3200萬t,城市道路綠化灌溉的用水量的居高不下,給城市用水帶來極大壓力。積澇與極度缺水,已然成為城市道路水環(huán)境的基本特征,導(dǎo)致城市道路成為旱澇頻發(fā)的重災(zāi)區(qū),城市道路旱澇兩極化矛盾已逐漸成為制約城市可持續(xù)發(fā)展的重要因素[3]。

2、城市道路旱澇問題應(yīng)對(duì)策略

面對(duì)旱澇問題凸顯的城市道路水環(huán)境,不應(yīng)強(qiáng)調(diào)單一地以解決洪澇或雨水利用為導(dǎo)向,應(yīng)統(tǒng)籌兼顧系統(tǒng)解決城市道路水環(huán)境矛盾,相反相成,從對(duì)立統(tǒng)一中尋求解決城市道路問題的根本出路,其主要設(shè)計(jì)策略如下:

2.1 系統(tǒng)優(yōu)化

針對(duì)城市道路內(nèi)澇及綠化缺水問題,應(yīng)根據(jù)城市道路形式及結(jié)構(gòu)特點(diǎn),在保證城市道路交通安全前提下,提倡構(gòu)建符合城市特定氣候地理環(huán)境的“收水—用水”一體化雨水管理體系,將地表徑流削減與雨水積存利用充分有機(jī)結(jié)合,形成一套行之有效的雨水路面收集處理、集中分配、傳輸凈化、緩釋灌溉等功能的雨水系統(tǒng),使城市道路內(nèi)澇及綠化缺水問題得到有效解決,實(shí)現(xiàn)城市道路雨水—景觀—生態(tài)多設(shè)計(jì)目標(biāo)的耦合。

2.2 因地制宜

不同地理區(qū)位的城市存在顯著差異[4],對(duì)于城市道路海綿系統(tǒng)設(shè)計(jì)來說,降雨量、土壤性質(zhì)、地形及周邊水系等是確定海綿系統(tǒng)的前提,同時(shí)管理模式、審美習(xí)慣等因素也需兼顧。以目前國(guó)內(nèi)在城市道路綠地應(yīng)用較多的下凹式綠地技術(shù)為例,下凹式綠地具有補(bǔ)充地下水、調(diào)節(jié)徑流、滯洪以及削減徑流污染物等功能,但同時(shí)也存在受地下水位影響大、易匯集路面垃圾、綠化綠量較少、土壤基質(zhì)難以更換等局限。因此,在高水位非凍土地區(qū)如何構(gòu)建城市道路海綿系統(tǒng)必須因地制宜。

2.3 自然做功 

海綿系統(tǒng)設(shè)計(jì)不應(yīng)將問題復(fù)雜化,以低成本投入和低技術(shù)集成實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能的高效化,讓自然做功是海綿系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要策略。城市道路內(nèi)澇問題的突出一定程度是由于傳統(tǒng)排水設(shè)計(jì)過于注重徑流集中處理,使矛盾集中化造成,而采用源頭分散、化整為零的設(shè)計(jì)思路往往能達(dá)到事半功倍的效果,不僅部分緩解了城市道路排水壓力,同時(shí)也解決了城市道路綠化帶干旱缺水的問題,恢復(fù)了城市的自然水文循環(huán)過程。而“自然存積、自然滲透、自然凈化”的三個(gè)“自然”原則充分體現(xiàn)了“讓自然做功”的原理,具有深刻的生態(tài)科學(xué)意義。

2.4 數(shù)字技術(shù)

本系統(tǒng)建構(gòu)與研究全過程基于數(shù)字技術(shù),首先運(yùn)用GIS與SWMM軟件對(duì)城市道路豎向及水環(huán)境綜合分析;通過定量研究,科學(xué)設(shè)計(jì)路面、雨水傳輸與存儲(chǔ)系統(tǒng);結(jié)合傳感器、物聯(lián)網(wǎng)、雨量計(jì)等自動(dòng)化監(jiān)測(cè)裝置實(shí)時(shí)傳輸系統(tǒng)工況;編寫專用計(jì)算機(jī)程序以及移動(dòng)APP,通過智能終端設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行。以定量研究成果支持城市道路水環(huán)境分析評(píng)價(jià)、海綿系統(tǒng)規(guī)模與設(shè)計(jì)、海綿設(shè)施確定及績(jī)效評(píng)估等,提高了海綿城市建設(shè)的

客觀性、科學(xué)性和精準(zhǔn)性,數(shù)字技術(shù)的應(yīng)用對(duì)于海綿城市建設(shè)具有重要意義。

3、城市道路海綿系統(tǒng)構(gòu)建

天保街生態(tài)路系統(tǒng)試驗(yàn)段位于南京河西新城南部,為新建城市次干道,道路標(biāo)段橫斷面寬45m,雙向四車道,中分帶綠化寬5-8 m,下部滿鋪綜合管廊,覆土深度4.0 m,側(cè)分帶綠化寬2 m。西起揚(yáng)子江大道,東至恒河路,全長(zhǎng)近600 m。

圖1 天保街生態(tài)路設(shè)計(jì)前期分析

系統(tǒng)以解決城市道路旱澇問題為目標(biāo),統(tǒng)籌改善城市道路水環(huán)境。根據(jù)南京地區(qū)地理氣候基礎(chǔ)數(shù)據(jù)(圖1),運(yùn)用GIS與SWMM分析豎向、確定海綿設(shè)施規(guī)模、模擬設(shè)計(jì)前后道路水環(huán)境狀況,結(jié)合海綿績(jī)效監(jiān)測(cè)平臺(tái)對(duì)建成后道路地表徑流控制、雨水收集利用、生境優(yōu)化等績(jī)效進(jìn)行監(jiān)測(cè)。基于國(guó)家海綿城市設(shè)計(jì)相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范要求,在滿足國(guó)家海綿城市地表徑流控制率等指標(biāo)基礎(chǔ)上,本工程針對(duì)機(jī)動(dòng)車道、非機(jī)動(dòng)車道、人行道分別采取不同設(shè)計(jì)策略,透水路面、集水邊溝、自然滲透蓄水模塊等系統(tǒng)技術(shù),旨在構(gòu)建完整的城市道路雨水管理系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)場(chǎng)地地表徑流控制、雨水收集及資源化利用、生境優(yōu)化等多重目標(biāo) [5],系統(tǒng)解決城市道路旱澇問題。本系統(tǒng)不僅在中等規(guī)模降雨條件下具有完整調(diào)蓄作用,即使在暴雨、大暴雨等災(zāi)害天氣下也能發(fā)揮較好削峰及減災(zāi)作用。南京天保街生態(tài)路具有以下4個(gè)基本特征:

(1)將路面的排水、集水和綠化灌溉用水有機(jī)結(jié)合,構(gòu)建了一套適用于江南高水位、無凍土地區(qū)的城市道路海綿系統(tǒng);

(2)系統(tǒng)具有低成本、免維護(hù)、無能耗、易實(shí)施推廣,通過緩釋與滲透技術(shù),實(shí)現(xiàn)了對(duì)道路綠化自動(dòng)灌溉;

(3)基于物聯(lián)網(wǎng)及傳感器技術(shù)構(gòu)建海綿績(jī)效監(jiān)測(cè)平臺(tái),實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)海綿績(jī)效的全天候?qū)崟r(shí)定量監(jiān)測(cè);

(4)改善道路中側(cè)分帶立地條件,優(yōu)化生境,促進(jìn)了植物生長(zhǎng),降低了道路綠地的管護(hù)費(fèi)用約30%—40%。京天保街生態(tài)路系統(tǒng)由路面雨水滲透系統(tǒng)、雨水收集分配系統(tǒng)、雨水儲(chǔ)利用系統(tǒng)及海綿績(jī)效監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等四部分組成(圖2~圖4)。

圖2 天保街生態(tài)路系統(tǒng)及道路做法

 圖3 天保街生態(tài)路雨水收集、分配、儲(chǔ)存系統(tǒng)圖示

3.1 路面雨水滲透系統(tǒng)

傳統(tǒng)城市道路路面主要采用雨水口點(diǎn)式集中排水方式,當(dāng)降雨量較大時(shí),地表徑流若無法及時(shí)匯入雨水口并順利排出,則易于在路面形成積水,影響車輛及行人交通安全,且在低洼地段極易形成內(nèi)澇。南京天保街生態(tài)路系統(tǒng)由傳統(tǒng)點(diǎn)式收集排水改成面式滲透,極大地提升了路面排水效率。機(jī)動(dòng)車道為保證道重載車輛行車安全,路面雨水滲透系統(tǒng)采用面層40mm透水透水瀝青,透水瀝青面層下為普通瀝青層和水穩(wěn)層,與普通瀝青道路做法一致,確保道路強(qiáng)度及承載能力(圖2)。當(dāng)雨水滲入面層透水瀝青后,在道路橫坡的作用下向邊溝流動(dòng),經(jīng)過特殊設(shè)計(jì)的邊溝蓋板相互拼接后,在側(cè)面形成過水槽口,雨水可通過該槽口進(jìn)入邊溝(圖3)。機(jī)動(dòng)車道的整個(gè)排水和收水過程均在路面層內(nèi)完成,不會(huì)形成地表積水與徑流。非機(jī)動(dòng)車道采用道路面層、基層全透水方式,雨水降落非機(jī)動(dòng)車道后可直接滲透土壤;人行道為保證行人行交通舒適采用面層不透水,基層透水的做法,雨水通過面層露骨料混凝土鋪裝自然拼縫滲透到墊層及土壤中。

3.2 雨水收集分配系統(tǒng)

雨水收集分配系統(tǒng)由機(jī)動(dòng)車兩側(cè)集水邊溝及集水井構(gòu)成(圖3),以實(shí)現(xiàn)對(duì)雨水的高效收集及有序調(diào)節(jié)。機(jī)動(dòng)車道集水邊溝內(nèi)每隔20-30m設(shè)跌水井,再通過匯水管將初步沉淀的雨水導(dǎo)入集水井中。集水井設(shè)置在側(cè)分帶內(nèi),是雨水收集、分配的樞紐,井深約1.3m,上層為進(jìn)水管,包括連接集水邊溝的匯水管和收集非機(jī)動(dòng)車道下滲水的收集管;底層為出水管,包括預(yù)埋在側(cè)分帶土壤中的滲透管和向中分帶儲(chǔ)水模塊輸水的過路管;中間是與市政排水管網(wǎng)相接的溢流管。集水井收集到的雨水首先分配給滲透管和儲(chǔ)水模塊,當(dāng)雨量較大時(shí),儲(chǔ)水模塊注滿,集水井水位上升,可由溢流管將過量雨水排出。(過去3年間僅有1d存在外溢記錄,即2015年6月27日,當(dāng)日降雨量達(dá)247.4mm)另外,集水井底部打有數(shù)個(gè)直徑10mm的小孔,使一部分收集的雨水直接滲透至土層。

3.3 雨水儲(chǔ)存利用系統(tǒng)

南京天保街生態(tài)路雨水存儲(chǔ)空間由三部分構(gòu)成:即道路中分帶儲(chǔ)水模塊、兩側(cè)集水邊溝、集水井、雨水管道以及路面40mm透水瀝青。當(dāng)場(chǎng)地降雨量較少時(shí),透水瀝青及集水邊溝和集水井可將雨水收集消納,當(dāng)雨量較大時(shí)則通過過路輸水管將雨水傳輸?shù)铰裨O(shè)在中分帶內(nèi)的儲(chǔ)水模塊進(jìn)行存儲(chǔ)。儲(chǔ)水模塊為PP材料,即聚丙烯,是一種半結(jié)晶的熱塑性塑料,具有較高的耐沖擊性,機(jī)械性質(zhì)強(qiáng)韌,抗多種有機(jī)溶劑和酸堿腐蝕。儲(chǔ)水模塊外側(cè)包裹有濾水土工布和碎石層,可將儲(chǔ)存的雨水緩釋至周圍土壤,滿足中分帶植被對(duì)水分的需求(圖3)。另外,預(yù)埋在側(cè)分帶內(nèi)的滲透管,外部也用土工布和碎石層包裹,可使部分雨水滲透至側(cè)分帶土壤中,同樣起到灌溉植被的作用。本生態(tài)路系統(tǒng)試驗(yàn)段采用的儲(chǔ)水模塊分段排列成條狀,埋設(shè)在中分帶內(nèi),每段長(zhǎng)度約30m,覆土深度0.9-1.0m,橫截面為1.3m*0.8m。3.4 海綿績(jī)效監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

1)海綿績(jī)效監(jiān)測(cè)系統(tǒng)架構(gòu)。

南京天保街生態(tài)路績(jī)效監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸及績(jī)效監(jiān)測(cè)平臺(tái)終端三部分組成(圖4)?；谖锫?lián)網(wǎng)及傳感器技術(shù),績(jī)效監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對(duì)生態(tài)路海綿績(jī)效24h實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),設(shè)計(jì)及管理人員可通過電腦、手機(jī)APP客戶端實(shí)時(shí)掌握區(qū)域降雨量、雨水收集量、中側(cè)分帶土壤含水量等雨水管理績(jī)效數(shù)據(jù)。同時(shí),在天保街生態(tài)路周邊未采用雨水生態(tài)系統(tǒng)路段設(shè)立績(jī)效監(jiān)測(cè)對(duì)照組,對(duì)照組采用與生態(tài)路相同土壤含水量設(shè)備和參數(shù),對(duì)其績(jī)效進(jìn)行實(shí)測(cè)驗(yàn)證。通過與對(duì)比段監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的比較,能夠客觀反映試驗(yàn)段生態(tài)路系統(tǒng)對(duì)土壤水分變化的影響。

2)海綿績(jī)效監(jiān)測(cè)平臺(tái)。

海綿城市績(jī)效監(jiān)測(cè)平臺(tái)是由東南大學(xué)數(shù)字景觀實(shí)驗(yàn)室(江蘇省城鄉(xiāng)與景觀數(shù)字技術(shù)工程中心)開發(fā),用于海綿城市系統(tǒng)績(jī)效評(píng)價(jià)及展示的客戶端工具。監(jiān)測(cè)平臺(tái)基于海綿城市系統(tǒng)績(jī)效數(shù)據(jù)集及B/S架構(gòu)(Browser/Server,瀏覽器/服務(wù)器模式)構(gòu)建,可對(duì)海綿項(xiàng)目績(jī)效進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、評(píng)價(jià)分析及可視化展示,由移動(dòng)APP和電腦web在線客戶端構(gòu)成。移動(dòng)APP包括地圖監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)分析、報(bào)警管理及評(píng)價(jià)分析等9個(gè)工具模塊(圖5),web在線客戶端則具有更強(qiáng)大的數(shù)據(jù)管理、分析及智能控制功能。

4、南京天保街生態(tài)路海綿績(jī)效實(shí)證研究

2013年11月,南京天保街生態(tài)路海綿系統(tǒng)系統(tǒng)試驗(yàn)段的建設(shè)與道路施工同時(shí)展開,并于2014年7月建成運(yùn)行。2014年11月生態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)開始收集數(shù)據(jù),除去設(shè)備調(diào)試及1次人為損壞3個(gè)月期間無法收集數(shù)據(jù),其余均運(yùn)行正常。截至2017年7月17日,共收集有效傳感器數(shù)據(jù)142 805條。

4.1 地表徑流控制績(jī)效基于南京天保

街生態(tài)路海綿績(jī)效監(jiān)測(cè)平臺(tái)兩個(gè)完整自然年(2015年1月至12月及2016年7月至2017年7月)24h日降雨量、蓄水模塊液位變化數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)(圖7~圖8),結(jié)果顯示,當(dāng)天保街設(shè)計(jì)區(qū)域24h降雨量≤116.6mm時(shí),生態(tài)路海綿系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)100%就地消納降雨,不生成地表徑流。當(dāng)24h降雨量>116.6mm,結(jié)合灰色系統(tǒng)可以迅速將過量雨水排出。(附:住建部《海綿城市建設(shè)技術(shù)指南》規(guī)定南京地區(qū)85%地表徑流控制率對(duì)應(yīng)設(shè)計(jì)降

雨量為36.6mm[6]。)

圖8 2016年6月—2017年6月南京天保街生態(tài)路降雨量、路面水量及海綿設(shè)施雨水收集量

1)小到大雨量情況下生態(tài)路地表徑流控制績(jī)效依據(jù)國(guó)家降雨強(qiáng)度等級(jí)劃分,當(dāng)24h日降雨量小于10mm時(shí),降雨強(qiáng)度等級(jí)為小雨;當(dāng)24h日降雨量為10至24.9mm時(shí),降雨強(qiáng)度等級(jí)為中雨;24小h日降雨量25至49.9mm時(shí);降雨強(qiáng)度等級(jí)為大雨。基于南京天保街生態(tài)路海綿績(jī)效監(jiān)測(cè)平臺(tái)數(shù)據(jù)分析,當(dāng)降雨強(qiáng)度為小雨時(shí),南京天保街生態(tài)路多孔路面透水瀝青及集水邊溝基本能將雨水就地消納,蓄水模塊不產(chǎn)生水位上升;當(dāng)降雨強(qiáng)度為中雨時(shí),雨水模塊水位上升量平均為0.1m。當(dāng)降雨強(qiáng)度等級(jí)為大雨時(shí),蓄水模塊上升水位平均為0.2-0.3m。在小到大雨降雨強(qiáng)度等級(jí)下,生態(tài)路能夠?qū)崿F(xiàn)降雨的全部就地消納,地表徑流控制率達(dá)100%。

2)暴雨及大暴雨下生態(tài)路地表徑流控制績(jī)效依據(jù)國(guó)家降雨強(qiáng)度等級(jí)劃分,當(dāng)24h累圖4 生態(tài)路海綿績(jī)效監(jiān)測(cè)系統(tǒng)構(gòu)成 圖5 海綿城市績(jī)效監(jiān)測(cè)平臺(tái)移動(dòng)APP客戶端界面積降雨量為50至99.9mm時(shí)為暴雨降雨強(qiáng)度,當(dāng)24h累積降雨量為降雨量100至199.9mm時(shí)為大暴雨降雨強(qiáng)度?；谀暇┨毂＝稚鷳B(tài)路海綿績(jī)效監(jiān)測(cè)平臺(tái)數(shù)據(jù)分析,南京天保街生態(tài)路能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)暴雨強(qiáng)度降雨的就地消納,當(dāng)出現(xiàn)大暴雨降雨情況也能對(duì)較好發(fā)揮徑流峰值消減效果,使道路內(nèi)不積水、不內(nèi)澇,同時(shí)極大減輕城市排水系統(tǒng)壓力。

3)特大暴雨、極端天氣狀況下生態(tài)路地表徑流控制績(jī)效依據(jù)國(guó)家降雨強(qiáng)度等級(jí)劃分,當(dāng)24h日降雨量大于200mm時(shí),即為特大暴雨降雨強(qiáng)度。2016年7月7日凌晨,南京突發(fā)特大暴雨,河西地區(qū)3h累計(jì)降雨量達(dá)到235.5mm,1h最大降雨量達(dá)到129.2mm,這是南京有氣象紀(jì)錄以來最大小時(shí)雨量。河西地區(qū)多條城市道路因遭遇強(qiáng)降雨嚴(yán)重積水出現(xiàn)交通中斷,城市道路內(nèi)澇災(zāi)害嚴(yán)重。天保街生態(tài)路試驗(yàn)段相鄰江東南路、鄴城路等城市道路路面均出現(xiàn)不同程度積水,經(jīng)7月7日13點(diǎn)45分及14點(diǎn)作者于周邊道路及生態(tài)路現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè),生態(tài)路路面并無積水現(xiàn)象(圖6)。實(shí)踐證明,南京天保街生態(tài)路在應(yīng)對(duì)特大暴雨等極端災(zāi)害性天氣下也能發(fā)揮較好的地表徑流控制效益,路面雨水能在短時(shí)間內(nèi)排空,使路面不積水、不內(nèi)澇。

圖6 2016年7月7日雨后5小時(shí)天保街周邊道路及生態(tài)路路面對(duì)比

4.2、雨水收集及資源化利用績(jī)效

基于南京天保街生態(tài)路建設(shè)至今三年的定量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),生態(tài)路系統(tǒng)示范段(長(zhǎng)約600m)機(jī)動(dòng)車道年均收集利用雨水4836 m3,年均雨水資源利用率為46%。

(1)年雨水收集及資源化利用量。

2015年1月至12月南京天保街生態(tài)路區(qū)域總降雨量1312.2mm,路面范圍內(nèi)年總水量11808m3,海綿設(shè)施年雨水收集量4807m3,年雨水收集及資源化利用率41%;2016年7月2017年7月南京天保街生態(tài)路區(qū)域總降雨量1052mm,路面范圍內(nèi)年總水量9468m3,海綿設(shè)施年雨水收集量4865m3,年雨水收集及資源化利用率為51%(圖9)。

圖9 南京天保街生態(tài)路雨水資源化利用量 統(tǒng)計(jì)及2.4m處土壤含水量對(duì)比

(2)雨水資源化利用供需分析。

南京天保街生態(tài)路試驗(yàn)段中分帶綠地面積3384.8m2,年灌溉需用水約6768t(2t/m2·年),以南京市年平均降雨量1047mm計(jì)算,除去降雨灌溉外,每年仍需3224 m3年灌溉用水,生態(tài)路海綿系統(tǒng)試驗(yàn)段600m海綿模塊年均收水量約為4334 m3,基本可滿足試驗(yàn)段中側(cè)分帶綠化灌溉用水需要。

4.3、系統(tǒng)生境優(yōu)化績(jī)效

從圖9中可以看出,蓄水模塊雨水緩釋效應(yīng)基本能夠持續(xù)全年,秋季為植物較為缺水季節(jié),試驗(yàn)段2.4m處土壤含水量仍能保持30%以上,在對(duì)比段保持人工綠化灌溉情況下,試驗(yàn)段土壤含水率與對(duì)比段相比仍平均高10%以上。城市道路綠化帶喬木的根系主要分布在1-2m深度,灌木根系主要在0.45-0.6m深度,考慮到蓄水模塊埋設(shè)深度,2.4m土層維持較高的含水量對(duì)植物根系呼吸作用影響不大,不會(huì)形成積水爛根現(xiàn)象。由于毛細(xì)作用,當(dāng)土壤干燥時(shí),一部分水會(huì)上升至上層土壤供植物根系吸收。通過蓄水模塊雨水對(duì)土壤的緩釋作用,優(yōu)化了土壤生境,使其更適合植物生長(zhǎng)。生態(tài)路試驗(yàn)段、對(duì)比段均采用相同規(guī)格、同種類植物,2017年春季,經(jīng)人工測(cè)量對(duì)比,試驗(yàn)段植物生長(zhǎng)量平均比對(duì)比段高30%。同時(shí),生態(tài)路系統(tǒng)采用傳統(tǒng)道路綠化堆栽形式,在滿足海綿城市建設(shè)要求同時(shí)不影響景觀綠化效果,植物品種選擇及景觀綠化種植方式更為多樣化。

4.4、系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)績(jī)效

基于3年完整實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),南京天保街生態(tài)路試驗(yàn)段每600m長(zhǎng)給排水費(fèi)用每年可節(jié)約8.12萬元,人工及機(jī)械費(fèi)用每年可節(jié)約1.3萬元,總計(jì)每年節(jié)約9.42萬元。其中節(jié)約灌溉用水費(fèi)3.15萬元(以年均雨水資源化利用率46%統(tǒng)計(jì),年均資源化用水量為1.05萬m3,以南京市工業(yè)用水價(jià)3元/ m3計(jì)算,則實(shí)際節(jié)約水費(fèi)3.15萬元);節(jié)約排水費(fèi)4.97萬元(天保街試驗(yàn)段道路硬質(zhì)總面積為17400m²,以2015年降水量1312mm計(jì),實(shí)際道路收水量為22828.8m3,以2014年南京市排水費(fèi)2.18元/m3計(jì)算,則排水費(fèi)總計(jì)4.97萬)。人工及機(jī)械費(fèi)參考南京市城市道路園林綠化養(yǎng)護(hù)管理價(jià)格(灌木及地被每平米8.23元/年,喬木每株50元/年,其中人工、機(jī)械澆水費(fèi)用約占30-40%,試驗(yàn)段綠地面積3384m²,喬木株172株)年共計(jì)節(jié)約人工及機(jī)械費(fèi) 1.3萬元。

5、結(jié)語

針對(duì)高水位、無凍土地區(qū)城市道路水環(huán)境特征,基于系統(tǒng)優(yōu)化目標(biāo)構(gòu)建的城市道路海綿系統(tǒng)及基于物聯(lián)傳感網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)績(jī)效定量研究為解決城市道路水環(huán)境問題提供了新的途徑。實(shí)踐證明,海綿城市大有可為,必須堅(jiān)持因天、地制宜的根本策略,辯證施治,基于系統(tǒng)法則,統(tǒng)籌解決城市道路水患頑疾,將城市道路引向生態(tài)化,促進(jìn)人居環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。

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作者簡(jiǎn)介:

成玉寧/1962年生/男/江蘇南京人/博士/東南大學(xué)建筑學(xué)院教授,博士生導(dǎo)師,東南大學(xué)風(fēng)景園林學(xué)科帶頭人,景觀學(xué)系主任,東南大學(xué)景觀規(guī)劃

設(shè)計(jì)研究所所長(zhǎng)/江蘇省設(shè)計(jì)大師,國(guó)務(wù)院學(xué)位委員會(huì)風(fēng)景園林學(xué)科評(píng)議組成員/研究方向?yàn)轱L(fēng)景園林規(guī)劃設(shè)計(jì)、景觀建筑設(shè)計(jì)、景園歷史與理論、數(shù)字景觀及其技術(shù)、海綿城市設(shè)計(jì)/本刊編委(南京 210096)

謝明坤/1988年生/男/湖南永州人/東南大學(xué)建筑學(xué)院風(fēng)景園林學(xué)專業(yè)在讀博士研究生/研究方向?yàn)楹＞d城市設(shè)計(jì)、數(shù)字景觀及其技術(shù) (南京 210096)